西格列汀联合GTS-21通过抗凋亡作用改善Leprdb/db小鼠血糖控制及糖尿病肾病的效果

《European Journal of Pharmacology》：Effects of Sitagliptin Combined with GTS-21 on Improving Glycemic Control and Diabetic Nephropathy by Anti-Apoptosis in Leprdb/db Mice

　　

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  西他列汀联合GTS-21在Leprdb/db小鼠中改善葡萄糖耐量，其效果优于西他列汀单药治疗，后者单独使用无明显效果。
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  双药联合治疗显著降低血清肌酐、肾脏组织病理损伤以及全身和肾脏IL-6水平，效果优于单用西他列汀。
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  联合治疗强烈抑制糖尿病小鼠肾脏细胞凋亡，表现为TUNEL阳性细胞和cleaved caspase-3表达减少。
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  GTS-21在高糖暴露的HK-2细胞中增强利拉鲁肽的抗凋亡作用，该作用独立于降血糖效应。
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  GLP-1受体与α7nAChR通路的联合激活为糖尿病肾病提供了一种新颖的联合治疗策略。

引言

随着2型糖尿病（T2DM）患病率的持续上升，由高血糖介导的代谢紊乱引起的并发症——糖尿病肾病（DN）——的全球疾病负担也在稳步增加¹。T2DM的主要病理机制包括胰岛素分泌受损和外周胰岛素抵抗，胰腺β细胞功能障碍则由凋亡、氧化应激、糖毒性、内质网应激和线粒体功能障碍驱动²。慢性高血糖引起的糖毒性作为主要触发因素³，可导致线粒体功能障碍引起活性氧（ROS）的积累⁴以及晚期糖基化终末产物（AGEs）的形成⁵。DN是导致终末期肾病（ESKD）的主要原因之一⁶。在高血糖环境中，肾小管上皮细胞、系膜细胞和浸润的免疫细胞被激活，释放TNF-α、IL-6和单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）等促炎介质，进一步加剧炎症并导致肾小球硬化、肾小管间质纤维化和肾功能下降^{7, 8, 9}。

GLP-1是由肠道L细胞分泌的30个氨基酸组成的肽类激素¹⁰。GLP-1具有多种作用，包括延缓胃排空¹¹、中枢食欲抑制¹²和抗炎作用¹³。西他列汀是一种二肽基肽酶-4抑制剂（DPP-4i），通过增加内源性GLP-1水平来改善代谢稳态和炎症¹⁴，同时还表现出独立于降血糖作用的抗炎和肾脏保护作用^{15, 16, 17}。利拉鲁肽是一种GLP-1类似物，与人体内源性GLP-1有97%的序列同源性¹⁸，已用于治疗T2DM。胆碱能抗炎通路（CAP）通过乙酰胆碱（ACh）激活迷走神经来抑制循环中的促炎细胞因子，其作用机制涉及α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）的激活^{19, 20}。CAP在多种炎症疾病模型中表现出显著的保护作用，且不会引起免疫抑制²¹。GTS-21是一种选择性α7nAChR激动剂，最初开发用于阿尔茨海默病临床试验，尽管其在人体中的疗效有限且存在变异性²²。在啮齿类动物模型中，GTS-21可减轻炎症小体激活和免疫细胞介导的组织损伤^{23, 24}，并已应用于抗精神分裂症研究，改善记忆缺陷和感觉运动门控功能²⁵。最近，其抗炎特性受到越来越多的关注。GTS-21的抗炎作用通过CAP介导，是一种依赖迷走神经的反射：炎症细胞因子激活迷走神经，后者将信号传递至延髓孤束核；经过中枢处理后，传出迷走神经元抑制外周炎症，完成抗炎反射^{26, 27}。在急性肾损伤模型中，GTS-21降低IL-6和IL-1β的表达²⁸；在盲肠结扎穿孔诱导的脓毒症模型中，它减轻了肝脏损伤²⁹和肠道梗阻^{30, 31}。此外，GTS-21独特地促进肠道L细胞GLP-1的分泌³²并改善肾功能³³。

Lepr^db/db小鼠是研究早期DN病理的常用模型³⁴。瘦素受体的自发点突变破坏了受体信号传导，导致进食过多引起的T2DM。由于T2DM对肠道L细胞³⁵和自主神经功能^{31, 36}的影响，Lepr^db/db小鼠在4周龄时表现出脂肪增加，8周龄时出现明显高血糖和蛋白尿、肾小球肥大和系膜基质扩张，但基底膜增厚罕见，不发生系膜溶解、肾小球硬化或进行性肾衰竭。HK-2细胞来源于人近端肾小管上皮细胞，广泛用于DN和其他肾脏疾病的体外机制研究。在本研究中，我们在Lepr^db/db小鼠中联合使用西他列汀调控GLP-1轴和GTS-21激活CAP，构建联合治疗模型，研究其对肾功能、全身炎症和肾脏细胞凋亡的影响。此外，我们利用HK-2细胞的高糖损伤模型探索在持续高血糖条件下外源性GLP-1联合GTS-21是否具有独立于降血糖的抗凋亡作用。

章节摘要

化学品

GTS-21（产品编号：HY-14564A）和西他列汀（产品编号：HY-13749B）购自MedChemExpress（MCE，新泽西州曼哈顿 junction，美国）。利拉鲁肽（产品编号：AG-CP3-0034-M005）购自AdipoGen Life Science。

动物模型和给药方案

杂合（Lepr^db/+）小鼠（品系：BKS.Cg-Dock7^m +/+ Lepr ^db/J；产品编号：000642）购自杰克逊实验室（缅因州Bar Harbor，美国）。在SUNY Upstate Medical University动物设施中培育以获得纯合（Lepr^db/db）小鼠。基因分型

GTS-21增强西他列汀对Lepr^db/db小鼠代谢功能障碍的作用

为评估不同治疗策略对葡萄糖和脂质代谢的影响，进行了口服葡萄糖耐量试验（OGTT）和皮下白色脂肪组织（sWAT）与体重的比值测定。

治疗1周后，联合治疗组与对照组相比血糖水平显著降低，而单药治疗组仅表现为轻度降低（图1、图2）。同样，AUC分析显示联合治疗组的AUC显著低于对照组。

讨论

DN的发病机制复杂。T2DM中的慢性高血糖³、线粒体功能障碍导致呼吸链复合物受损⁴以及随之而来的ROS积累，还有ROS诱导的内皮功能障碍³⁸，被认为是DN的启动因素之一。此外，全身多器官脂肪浸润和巨噬细胞浸润引起的慢性炎症^{39, 40}进一步加剧了DN中的肾功能损伤。尽管在

CRediT作者贡献声明

Qinghe Meng：写作 – 审阅与编辑、验证、方法论、概念化。Xinghan Tian：写作 – 审阅与编辑、验证、监督、资金获取。Robert Cooney：写作 – 审阅与编辑、监督、资金获取。Liye Suo：调查研究。Shuo Tang：正式分析、数据管理。Wenzhao Wang：正式分析、数据管理。Weikun Tian：写作 – 初稿、方法论、调查研究、数据管理。

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经SUNY Upstate Medical University机构动物护理和使用委员会批准。（批准编号：423）

数据声明

本研究中产生和/或分析的数据集可向通讯作者合理索取。

资金来源

本工作得到了山东省自然科学基金（编号：ZR2020MH197和ZR2025MS1447）和烟台市科技计划项目（编号：2025YD079）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：Qinghe Meng报告其由SUNY Upstate Medical University提供资助。Qinghe Meng声明与SUNY Upstate Medical University存在雇佣关系。如果有其他作者，他们声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文所述工作。

致谢

作者感谢核心病理设施在组织处理和组织学分析方面的协助。我们还感谢显微成像核心设施提供成像设备访问权限和技术支持。

Weikun Tian|Wenzhao Wang|Shuo Tang|Liye Su|Robert Cooney|Xinghan Tian|Qinghe Meng